雷竹和拟南芥SOC1多聚体差异性分析

MADS-box是一个超家族基因,可通过形成多聚体复合物实现对花发育的调控。其中SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1（SOC1）作为MADS-box家族的重要成员,对花形成时间起决定作用。作为转录因子蛋白,SOC1包含MADS,I,K和C 4个独特功能的结构域,发挥功能的过程中,其中K结构域能够调控同源或是异源蛋白多聚体的形成,I结构域能够稳定转录因子结合DNA的作用。在单子叶植物雷竹Phyllostachys violascens和拟南芥Arabidopsis thaliana中,开花时间模式上存在明显差异,前者开花时间不确定,后者是确定的。尽管不能直接推断这种现象与SOC1形成植物不同复合物相关联,但雷竹和拟南芥SOC1是否具有形成相同模式的复合物对于竹类植物开花时间的研究具有重要意义。以雷竹和拟南芥SOC1作为研究对象,通过酵母双杂交实验,重点分析SOC1在形成多聚体模式方面的差异性。结果表明:拟南芥SOC1能形成同源二聚体,并且可通过结构域是I和K区形成同源多聚体;而雷竹SOC1不能形成多聚体,但可以通过K结构域形成同源二聚体。因此,I结构域可能是引起拟南芥和雷竹SOC1多聚体状态不同的一个原因,这个结构域是否对开花定时起决定作用还有待进一步转基因功能验证。图5表2参29     

芸薹属BoCAL和BobCAL具有促进拟南芥提前开花的功能

CAL编码MADS-box转录因子,参与控制花分生组织的特性,在拟南芥中发生突变时没有明显的表型;不过花椰菜的BobCAL由于终止密码子提前出现导致花球的形成,而甘蓝的BoCAL可以编码完整CAL蛋白;可见,CAL同源基因在十字花科不同种的植物中具有不同的功能,不过BobCAL是否具有促进开花功能还不清楚。此研究通过构建BoCAL和BobCAL植物双元表达载体,通过浸花法获得了转基因拟南芥,结果发现BoCAL具有促进拟南芥Col和Ws两种生态型植物提前开花的功能;而BobCAL仅能促进Col拟南芥提前开花,而在Ws生态型拟南芥中却未观察到类似的功能。     

墨兰FT同源基因的时空表达及功能分析

FLOWERING LOCUS T(FT)基因是植物开花调控途径的整合基因,整合来自光周期途径、春化途径和自主途径等不同花发育途径的信号,在植物花发育中发挥着重要作用。从墨兰品种‘企剑黑墨’中克隆了新的FT同源基因,并对其各组织部位的表达特性和生物学功能进行了分析。结果表明,墨兰FT基因c DNA全长序列为618bp,其中开放阅读框为531 bp,编码176个氨基酸。其氨基酸序列与拟南芥、水稻中FT基因的氨基酸序列有较高的同源性。墨兰FT同源基因在‘企剑黑墨’各器官中均有表达,营养生长期FT基因在腋芽中的表达量最高,生殖生长期FT基因在腋芽,花梗,花蕾等器官中的表达量较高,在根和叶中的表达量最低。在拟南芥中超表达墨兰FT同源基因,能显著促进拟南芥开花。     

玉米MATE基因在植物生长发育和下胚轴伸长中的调控作用

【目的】研究玉米多药及有毒化合物外排家族(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)基因ZmMATE884(GRMZM2G423884)在植物生长发育阶段的功能。【方法】以玉米全基因组DNA为模板克隆玉米MATE蛋白家族基因ZmMATE884,通过蛋白同源比对,预测其可能的跨膜结构域,并通过定量RT-PCR分析该基因的表达模式;构建ZmMATE884融合荧光蛋白瞬时表达载体,转化拟南芥叶肉细胞原生质体,进行亚细胞定位分析;通过农杆菌侵染技术,构建ZmMATE884基因的拟南芥转基因过表达系,观察表型;将ZmMATE884基因的拟南芥转基因过表达系与野生型种子分别种植于含质量分数1%蔗糖和不含糖的1/2 MS固体培养基上,分别黑暗培养6d和光照培养7d后,观测统计下胚轴的伸长情况。【结果】ZmMATE884基因在玉米根、上枝叶、下枝叶和胚中有较高表达;ZmMATE884蛋白部分定位于高尔基体/内体上;ZmMATE884基因的拟南芥过表达转基因植株表现为莲座叶发生速率加快且开花提前;在无糖和含质量分数1%蔗糖的1/2 MS固体培养基上黑暗生长6d及光下生长7d后,ZmMATE884基因的拟南芥转基因过表达系下胚轴明显短于野生型。【结论】玉米ZmMATE884基因参与了植物生长发育的调控,可加快莲座叶发生,促使植物提前开花,同时还参与下胚轴伸长的负调控。     

油松PtNF-YC1基因鉴定及其调控球花发育的作用机制研究

【目的】针叶树中NF-Y核因子调控球花发育的研究尚未见报导,对油松PtNF-YC1基因克隆、表达特性及功能分析,旨在为针叶树NF-Y基因家族在球花生殖发育中的功能研究提供依据。【方法】（1）利用系统进化树分析油松PtNF-YC1与拟南芥NF-YC亚家族蛋白的亲缘关系;（2）瞬时转化烟草检测PtNF-YC1的亚细胞定位;（3）根据转录组数据分析PtNF-YC1在油松不同组织中的表达特性;（4）PtNF-YC1异源转化拟南芥,分别比较长日照和短日照条件下转基因拟南芥不同株系的开花时间,并对长日照下各株系进行转录组测序,筛选响应PtNF-YC1调控开花的相关基因;（5）通过Y2H和BiFC验证PtNF-YC1与候选蛋白之间互作。【结果】PtNF-YC1基因的开放阅读框为897 bp,编码299个氨基酸,含有典型NF-YC保守结构域,与AtNF-YC3/4/9具有较高同源性。亚细胞定位结果显示,PtNF-YC1定位在细胞核和细胞质。PtNF-YC1在针叶、营养芽、雌雄花芽和根中都能表达,但在雄球花中表达丰度最高。PtNF-YC1异源转化拟南芥可推迟其短日照下开花时间。Y2H和BiFC证明PtN...     

水稻成花素分子作用机制研究进展

植物开花时间是植物适应不同自然环境的重要生物学特性.近年来模式双子叶长日植物拟南芥中的研究结果表明拟南芥的开花时间受到光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径的调节,成花素FT(FLOWERING LOCUS T)是这些调控途径最重要的整合因子之一.水稻是典型的单子叶模式短日植物,水稻中Hd3a(HEADING DATE 3a)是拟南芥FT的同源基因,它的表达产物即是水稻的成花素,可以从叶片移动到顶端分生组织,促进开花.虽然FT和Hd3a在拟南芥和水稻中的功能和序列高度保守,但通过对水稻中其它开花控制基因的研究表明,水稻Hd3a的上游调控因子和调控机制和拟南芥存在很大差异.本文对目前关于水稻成花素Hd3a及其表达调控的研究进展进行综述,为进一步研究Hd3a基因的作用机制提供参考.     

番茄、拟南芥和葡萄中同型半胱氨酸S-甲基转移酶基因家族功能研究

同型半胱氨酸S-甲基转移酶（homocysteine S-methyltransferase,HMT）普遍存在于被子植物中,在植物合成甲硫氨酸过程中起着重要作用,其在拟南芥中的功能已有所研究,但该家族在其他植物中的功能尚不清楚。本文通过同源比对,获取番茄、拟南芥和葡萄中共8个HMT家族基因的信息,通过系统进化树分析,发现8个HMT蛋白形成2个分支;利用蛋白motif分析、蛋白结构域分析、基因外显子内含子结构分析,发现HMT蛋白在进化上较为保守。通过对拟南芥在非生物胁迫条件下HMT家族基因的表达水平进行分析,发现多个AtHMT基因对非生物胁迫尤其是冷胁迫、盐胁迫、干旱胁迫产生应答,表明HMT家族基因在非生物胁迫应答中的调控作用。另外,通过对番茄各组织在发育的各个阶段中HMT基因进行表达量分析,发现HMT基因可能在番茄种子发育、开花、果实成熟方面发挥作用。综上,本文对番茄、拟南芥和葡萄中HMT基因家族的生物信息学分析及基因表达数据进行了挖掘,对深入研究HMT基因在番茄、拟南芥和葡萄中的作用具有重要意义。     

不结球白菜BrABF3基因的克隆与功能分析

[目的]本文旨在研究BrABF3基因在不结球白菜开花时间调控中的功能。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为材料,通过同源克隆获得BrABF3基因全长序列,再与其他物种中的同源序列进行进化树分析;利用注射法将农杆菌导入烟草叶片研究BrABF3基因的亚细胞定位;利用PlantCARE在线软件分析启动子motif元件;采用荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析BrABF3基因在早花品种‘苏州青’和晚花‘五月慢’品种不同生长期的表达情况。[结果]BrABF3基因含有1 242 bp开放阅读框,编码413个氨基酸,其蛋白定位于细胞核。在进化过程中BrABF3的氨基酸序列与甘蓝型油菜亲缘关系最近。BrABF3启动子序列中含有大量的motif元件,如光响应元件、激素响应元件和胁迫响应元件等。RT-qPCR结果表明,开花前BrABF3基因在晚花品种‘五月慢’中的表达显著高于早花品种‘苏州青’。[结论]本试验克隆并获得BrABF3基因,其蛋白定位于细胞核,而且在晚花品种中高表达,推测该基因可能参与调控不结球白菜的开花时间。     

AT-hook基因AHL27过量表达延迟拟南芥开花

拟南芥中有29个被称为AHL的蛋白质 (AT-hook motif nuclear localized protein),但是大多数AT-hook蛋白的功能未知,其中AHL27蛋白含有一个AT-hook基序和一个PPC结构域。AHL27在不同器官的mRNA表达和GUS 组织化学染色分析表明,AHL27主要在根和花中表达;GFP-AHL27亚细胞定位显示AHL27蛋白是一个核定位蛋白。AHL27基因的过量表达,可抑制开花基因FT的表达,同时促进FLC的表达,从而延迟拟南芥在长日和短日条件下的开花时间。研究表明,AHL27基因在拟南芥的生长发育中起重要作用。     

菊花CmETR2基因的克隆及功能分析

[目的]本文旨在通过克隆菊花中的乙烯受体基因(CmETR2),分析其表达特征并转入拟南芥中对其调控开花的功能进行研究。[方法]以菊花品种‘神马’为试验材料,克隆CmETR2全长序列,与其他物种进行同源性比对分析,利用荧光定量PCR检测该基因在不同组织中的相对表达量,以及其对外源乙烯处理后的响应变化。将CmETR2超表达转入拟南芥中,观察其对拟南芥开花时间和莲座叶片数的影响,分析转基因拟南芥中开花相关基因的表达量变化。[结果]克隆获得的CmETR2基因开放阅读框(ORF)全长为2 292 bp,编码氨基酸763个。系统进化分析表明,该基因编码的蛋白与向日葵的ETR3(XP_022030036.1)和刺菜蓟的ETR2-like(XP_024986908.1)亲缘关系最近。组织特异性定量表达分析结果表明,CmETR2在菊花营养生长期间茎和叶中表达量最高,生殖生长期间管状花和根中的表达量较高。亚细胞定位结果表明,CmETR2定位在细胞膜上。外源乙烯处理后3 h CmETR2基因表达量最高。CmETR2超表达植株的开花时间比野生型拟南芥晚3～4 d,开花时莲座叶片数比野生型拟南芥多3片左右。CmETR2超表达植株对乙烯的敏感性增强并表现出更明显的三重反应。在CmETR2超表达植株中,促进开花的基因AtGI、AtSPL3和AtFD在CmETR2超表达植株中的表达量较野生型下降,抑制开花的基因AtFLC和AtTFL在CmETR2超表达植株的表达量上调。[结论]本研究克隆得到菊花CmETR2基因具有延迟拟南芥开花的功能。     

雷竹花芽形态分化过程中内源激素的变化规律

 采用间接酶联免疫吸附分析法（ELISA）测定了雷竹Phyllostachys violascens花芽形态分化过程中的内源激素变化规律。结果表明：随着花芽形态分化程度的增加,吲哚乙酸（IAA）和异戊烯基腺苷（iPA）质量摩尔浓度表现为先迅速下降后又逐步回升到一稳定值;脱落酸（ABA）与赤霉素（GA）质量分数有一定波动,但大体上表现为先上升再下降再上升的趋势;ABA/IAA,GA/IAA和iPA/IAA 均表现为先上升后下降的趋势,而且峰值均出现在花芽长度为12～14 mm的时期。此外,开花植株的iPA和ABA水平,ABA/IAA和iPA/IAA基本上高于未开花植株,而IAA和GA水平低于未开花植株,表明上述内源激素水平及比值对雷竹花芽形态分化有相应的促进与抑制作用。图6参15     

新开发的禾本科通用性分子标记的检测与评估

为开发更多的适用于禾本科Poaceae植物通用性分子标记, 丰富竹类植物的遗传信息, 依据禾本科单拷贝同源基因(COSⅡ)已知序列的保守区域设计了14对引物, 以此引物对刚竹属Phyllostachys植物进行聚合酶链式反应(PCR)扩增, 并对部分扩增产物进行测序。结果所有引物可以在至少1个材料中得到特异性扩增, 其中7对引物在5个供试材料中均能扩增到产物, 13对引物在5个样本中表现出多态性, 占引物总数的92.9%。对部分扩增产物进行测序, 所测序列均为特异性扩增序列。同一引物在不同样本中的扩增片段间存在单核苷酸多态性(SNP)位点, 部分SNP位点会导致氨基酸序列提前终止或酶切位点变化。对有合适内切酶存在的变异位点进行PCR-RFLP验证, 验证结果与测序结果一致。利用NTsys 2.10e软件, 对5个供试竹种材料进行了亲缘关系分析, 毛竹Phyllostachys edulis与绿粉竹Phyllostachys virdiglaucescens亲缘关系最近, 紫竹Phyllostachys nigra与其他4个竹种亲缘关系最远。所开发的14个COSⅡ引物在刚竹属植物中具一定通用性, 同时挖掘出更多竹类植物中的遗传信息。     

4种竹子竹叶黄酮质量分数及抗氧化活性的季节变化

以毛竹Phyllostachys edulis, 雷竹Phyllostachys violascens, 石竹Phyllostachys nuda和高节竹Phyllostachys prominens等4种竹子为研究对象, 用硝酸铝-亚硝酸钠比色法测定黄酮质量分数, 并采用DPPH·(1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼)法和ABTS+·[2, 2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐]法测定竹叶黄酮的抗氧化活性, 以考察竹叶黄酮质量分数和抗氧化活性随季节和竹种的变化规律。结果表明:春季毛竹的竹叶黄酮质量分数最高(2.12%±0.15%)(P<0.05), 夏季、秋季和冬季4种竹子间无显著性差异(P>0.05);石竹的竹叶黄酮质量分数四季变化不显著(P>0.05), 毛竹夏季的竹叶黄酮质量分数(2.36%±0.60%)高于冬季(1.52%±0.04%)(P<0.05), 雷竹(2.40%±0.17%)和高节竹(2.07%±0.13%)的竹叶黄酮质量分数以夏季最高。4种竹子的竹叶黄酮对DPPH·的清除能力都表现在夏季较强, 四季的各竹种竹叶黄酮对DPPH·的清除能力以毛竹较强。4种竹子的竹叶黄酮对ABTS+·的清除能力都表现在春季和秋季较强, 四季各竹种间差异性不大(P>0.05)。     

集约经营对雷竹林生态系统稳定性的影响

干扰对森林生态系统的结构和功能有着重要影响,能改变资源的有效性,会起到建设性或破坏性效果。雷竹Phyllostachys violascens是优良的笋用竹种,为达到高产高效的目的,雷竹林受到频繁的人工强度干扰。为了给雷竹林可持续经营和相关研究提供理论参考,综述了集约经营主要措施林地覆盖、施肥等对雷竹林鞭竹系统、土壤和生物性状等的影响。分析表明:雷竹林长期连年林地覆盖和过量施用化学肥料等不合理的经营干扰,会导致鞭竹系统结构稳定性降低和功能下降,土壤发生物理、化学和生物性劣变,致使立地生产力衰退。提出了有机覆盖物筛选及林地存留覆盖物促腐、测土配方平衡施肥、土壤性状改良等雷竹林生态系统稳定性维护的重点研究方向。参49     

谷子 SWI3基因鉴定及其在盐和干旱胁迫下的表达分析

SWI/SNF染色质重塑因子在植物的生长发育及逆境应答过程中起重要作用。本研究首先通过序列比对，从谷子基因组中鉴定出6个候选SiSWI3基因，分别命名为SiSWI3A、SiSWI3B、SiSWI3C1、SiSWI3C2、SiSWI3D1和SiSWI3D2。然后对上述基因的结构、编码蛋白、启动子元件、亚细胞定位等进行生物信息学分析和预测，结果表明：SiSWI3蛋白都含有SANT Motif，且亚细胞定位预测显示SiSWI3成员主要被定位在细胞核中；SiSWI3基因启动子区域含有大量与光响应、激素类应答、逆境应答、代谢调控等相关的顺式作用元件。最后采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测这些基因在谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫下的表达量变化，检测结果表明：SiSWI3基因受盐和干旱不同程度的诱导，说明SiSWI3基因参与谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫应答。本研究所得结论为进一步探究SiSWI3染色质重塑因子在抗逆作物谷子的逆境响应中的功能和机制奠定了基础。     

草本竹Mniochloa abersend的开花生物学特性

草本竹的开花现象鲜有报道。为了全面了解竹子的开花特性,以引种至浙江省临安市的原产于巴西的Mniochloa abersend为研究对象,首先对其形态特征和引种适应性进行了分析,之后采用定时定株的方法,对其开花预兆、开花次序、开花周期及持续时间、花序结构以及结实情况等开花生物学特性进行系统的观察与研究。结果表明:M. abersend为多年生丛生草本竹,植株矮小,不适宜在0 ℃以下环境下生长。开花前出现变型小叶,花期较长;花序属于穗形总状花序,为真花序;基本单位是孪生小穗,结实情况良好。M. abersend具有每年开花结实的特性。这将为竹子的杂交育种等研究提供参考。图 2 参22     

基于转录组信息的黑果枸杞MYB转录因子家族分析

【目的】MYB基因家族是植物中最大的一类转录因子家族,广泛参与植物的生长发育和代谢调控过程。目前仍没有针对枸杞等木本作物MYB转录因子家族的系统分析。基于转录组数据鉴定分析黑果枸杞MYB基因家族,可为该类基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考。【方法】基于黑果枸杞转录组测序(RNA-Seq)数据,利用NR、NT、Swiss-Prot和PFAM 4个数据库和NCBI网站,对黑果枸杞MYB基因进行筛选注释;利用Web Logo3、Prot Comp 9.0、MEGA5.0软件进行保守结构域、亚细胞定位和系统进化等生物信息学分析。基于转录组数据分析MYB基因在黑果枸杞果实不同发育期的差异表达模式,并采用荧光定量PCR方法进行验证。【结果】基于转录组测序数据,注释得到83个黑果枸杞MYB类转录因子基因,根据结构特性将其分为4大类:R2R3-MYB、1R-MYB、3R-MYB和4R-MYB。结构域分析表明:R2R3-MYB类转录因子的R2 MYB基序中包含3个极度保守的色氨酸残基,R3 MYB基序中的第一个色氨酸残基被疏水氨基酸替代。比较分析黑果枸杞MYB家族和拟南芥MYB家族共同构建的进化树发现,黑果枸杞的MYB家族在进化上包括3个大类,6个亚类。亚细胞定位预测结果显示,44个MYB转录因子定位于细胞质中,37个定位于细胞核中。基于转录组数据的MYB差异表达模式分析表明,黑果枸杞MYB基因可能参与了果实不同发育时期花青素变化的调控;基于荧光定量PCR的差异表达数据进一步验证了部分MYB转录因子在果实不同发育时期的花青素合成中可能起到调控作用。【结论】黑果枸杞MYB基因家族注释得到83个黑果枸杞MYB类转录因子基因,为进一步研究MYB家族的基因结构和生物学功能奠定了基础。     

不同农林废弃物生物质炭对雷竹林酸化土壤的改良效果

以竹材边角料、玉米Zea mays秸秆和山核桃Carya cathayensis蒲壳制备的生物质炭为材料,采集浙江省杭州市临安区集约经营模式下雷竹Phyllostachys violascens林酸化土壤进行90 d的黑麦草Lolium perenne盆栽试验,探究不同原料生物质炭添加对黑麦草生长及土壤养分、酸度、微生物丰度和酶活性的影响。结果表明:玉米秸秆炭和山核桃蒲壳炭显著提高了黑麦草生物量、土壤有机碳质量分数、全氮质量分数和pH值,而显著降低了土壤交换性氢和交换性铝的质量摩尔浓度（P < 0.05）;竹炭处理仅显著提高了土壤有机碳质量分数,降低了交换性氢质量摩尔浓度（P < 0.05）。相比对照,玉米秸秆炭可以显著提高真菌丰度,提高幅度为53%;而山核桃蒲壳炭和竹炭可以提高细菌丰度,提高幅度分别为71%和66%。相比玉米秸秆炭和竹炭,山核桃蒲壳炭可以更大程度地促进土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖苷酶和酸性磷酸酶活性。山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭处理下黑麦草生物量的提高主要归因于这2种生物质炭对土壤酸度、养分、微生物丰度和相关酶活性的改善作用。综合而言,山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭对雷竹林酸化土壤的化学性质和生物学性质具有较好的改良能力,而竹炭效果较差。     

凡纳滨对虾繁育相关基因Allatostatin-AR的克隆与表达分析

咽侧体抑制素主要抑制昆虫咽侧体保幼激素的分泌,是昆虫体内重要的神经肽,在甲壳动物体内可能参与繁殖发育的调节。本研究利用RACE PCR技术对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)A型咽侧体抑制素受体(Allatostatin-A receptor,AST-AR)基因进行克隆,获得全长为2 650 bp的cDNA,包括1 425 bp的开放阅读框,1 170 bp 5''非编码区,55 bp 3''非编码区,编码474个氨基酸,形成具有7个跨膜区的不稳定亲水性蛋白。同源性和系统发育分析结果表明凡纳滨对虾AST-AR基因与斑节对虾(Penaeus monodon)、美洲龙虾(Homarus americanus)同源性最高,亲缘关系最近。氨基酸多重序列比对结果显示AST-AR氨基酸TM7后C末端精氨酸在不同物种之间高度保守。实时荧光定量PCR结果显示,AST-AR基因在雌、雄凡纳滨对虾多个组织(眼柄、脑、胃、肝胰腺、鳃、性腺、肠、肌肉)中均有表达,除脑组织外AST-AR基因在雌性凡纳滨对虾中相对表达量高于雄性。在幼体发育中,AST-AR基因的相对表达量随发育阶段上升,同时该基因在不同群体仔虾生长对比实验中表达量差异显著。据此推测AST-AR基因参与凡纳滨对虾的繁殖、幼体发育、幼虾生长到成虾,基因表达基本贯穿凡纳滨对虾的一生。     

桂花OfAP1基因的克隆及表达分析

AP1（APETALA1）基因在植物花分生组织及花器官形成过程中发挥着重要作用。以桂花品种‘堰虹桂’Osmanthus fragrans‘Yanhonggui’为材料,根据前期获得的转录组数据中AP1的序列设计引物,利用PCR技术,克隆得到约750 bp桂花AP1 cDNA序列,即OfAP1基因,其中开放阅读框长为720 bp（注册号为MH593222）。氨基酸序列比对发现,与其他物种的AP1基因的同源性高达69%~88%。荧光定量PCR结果表明:在不同组织中,桂花的OfAP1基因在花芽中的表达量显著高于其他组织,根中几乎不表达;在花芽分化过程中,OfAP1在成花转变及花芽分化初期（花瓣、花萼分化期）表达量较高,随后呈下降趋势。这说明OfAP1具有组织表达特异性,同时在桂花成花转变、花芽分化和发育中有重要作用。